Raziskovalci z Univerze Harvard, ki jih je vodil nevrokirurg Ziv Williams, so v začetku julija v reviji Nature poročali o zanimivem eksperimentu, ki razkriva, kako možgani razumejo besede. Skupina bolnikov, ki so morali zaradi bolezni prestati operacijo na odprtih možganih, je sodelovala v študiji, v kateri so merili aktivnost posameznih nevronov v predelu možganov, ki je pomemben za razumevanje govora.
Med operacijo so bili pacienti budni, kar je znanstvenikom omogočilo, da so jim predvajali različne govorne posnetke in spremljali odzive nevronov na izrečene besede in stavke. Elektrode, ki so zaznavale aktivnost več kot sto nevronov, so testnim osebam vstavili v levi del čelnega režnja možganov, ki je znan po svoji vlogi pri razumevanju govora. Tak pristop je raziskovalcem omogočil, da so natančno prostorsko in časovno preučevali obnašanje nevronov med procesiranjem jezikovnih informacij.
Udeležencem eksperimenta so v naključnem zaporedju predvajali različne kratke stavke, vključno s pari besed z enakim izgovorom, a različnim pomenom, kot sta v angleščini »sun« (sonce) in »son« (sin). Predvajali so tudi povsem naključno razvrščene besede ter psevdobesede oziroma zvoke, ki zvenijo kot besede, vendar nimajo pomena. Nekateri udeleženci so na koncu poslušali tudi odlomke iz krajših zgodb.
Analiza zbranih podatkov je pokazala, da nevroni v čelnem režnju možganov besed ne ločujejo na podlagi njihovega zvoka, ampak na podlagi pomena. Angleški besedi »sun« in »son« sta, kljub enaki izgovarjavi, zaradi različnih pomenov aktivirali različne nevrone. Nasprotno pa so besede s sorodnim pomenom, kot na primer »kura« in »jajce«, povzročile podoben nevronski odziv, ne glede na različno izgovarjavo.
Nevroni so se lahko na isto besedo odzvali različno, odvisno od tega, v katerem stavku je bila uporabljena, kar kaže, da ta možganski sistem ni namenjen le prepoznavanju besed, temveč tudi razumevanju njihovega pomena v kontekstu. Kadar so bile besede predstavljene brez stavčnega konteksta ali v manj predvidljivih stavkih, so nevroni težje razlikovali med pomeni.
Ugotovili so tudi, da se nekateri nevroni aktivirajo, ko ljudje slišijo besede, kot sta »tek« ali »hoja«, ki odražajo dejanja, medtem ko se drugi aktivirajo, ko slišijo besede s čustveno konotacijo, kot sta »vesel« ali »žalosten«. Z analizo vseh obravnavanih nevronov jim je uspelo sestaviti precej podrobno sliko o tem, kako so pomeni besed predstavljeni v možganih.
Izkazalo se je, da možgani samodejno razvrščajo besede v splošne pomenske skupine ali kategorije, kot so dejanja, hrana, družinski člani, imena, narava in prostorsko-časovni odnosi. Večina opazovanih nevronov se je odzvala na le eno od devetih identificiranih najbolj splošnih pojmovnih kategorij. Te ugotovitve so bile primerljive pri različnih ljudeh in zaznane z različnimi metodami snemanja možganske aktivnosti, kar kaže na to, da najverjetneje opisujejo univerzalne mehanizme razumevanja jezika v človeških možganih.
Raziskovalci pravijo, da so z novo tehnologijo za beleženje aktivnosti posameznih nevronov identificirali nekakšen »možganski tezaver«, ki besede ureja v pomenske skupine ali grozde. Tako kot nam knjižni tezaver pomaga najti povezane besede in pomene, ta »možganski tezaver« omogoča možganom, da hitro in učinkovito procesirajo in razumejo pomen besed v različnih kontekstih.
S snemanjem in analizo razmeroma majhnega števila možganskih nevronov so raziskovalci z visoko stopnjo zanesljivosti lahko predvideli tudi pomen besed, ki so jih udeleženci raziskave poslušali. To pomeni, da so na podlagi analize aktivnosti nevronov lahko prepoznali pomen besed, kot jih je posameznik dojemal med poslušanjem govora. Pravijo, da bi takšna spoznanja med drugim lahko pomagala pri razvoju možgansko-strojnih vmesnikov za komunikacijo oseb z govornimi motnjami.
Raziskava je prinesla pomembna nova spoznanja o tem, kako možgani pretvarjajo zvoke besed v pomen. Dosedanje študije so sicer že predhodno pokazale, v katerih predelih možganov poteka razumevanje pomena govora, vendar niso mogle pokazati, kako natančno se to dogaja na ravni posameznih nevronov. Ta študija pa je prvič pokazala, kako se konkretni nevroni odzivajo na pomene posameznih besed.
V prihodnje želijo znanstveniki raziskati še, ali so zemljevidi pomenov, ki so jih odkrili v možganih pri poslušanju govora, podobni tudi pri odzivanju na zapisana besedila in slike. Zanima jih tudi, kateri drugi deli možganov so vključeni v proces razumevanja pomena besed in kako se nevroni odzovejo, ko slišijo isto besedilo v različnih jezikih.
Vprašanje, kako naravni in umetni nevroni procesirajo jezik, je trenutno predmet številnih raziskav različnih raziskovalnih skupin po vsem svetu. Znanstveniki želijo po eni strani razumeti, kako biološki nevroni v človeških možganih pretvorijo zvočni signal v pomen, po drugi strani pa jih zanima, kako isti proces izvajajo umetni nevroni v računalniških nevronskih mrežah. Še vedno namreč ne razumemo natančno, kako človeški možgani obdelujejo jezik na ravni posameznih nevronov, prav tako pa ne vemo prav dobro, kako velike umetne nevronske mreže učinkovito rešujejo zahtevne jezikovne naloge.
Vsaj nekateri načini predstavljanja besed in idej v naravnih in umetnih nevronskih omrežjih se zdijo precej podobni. Odkritje, da se biološki nevroni v človeških možganih odzivajo na specifične pomenske kategorije in ne na zvok besed, je podobno principu delovanja sodobnih jezikovnih modelov umetne inteligence, ki prav tako delujejo na podlagi notranjih pomenskih reprezentacij besed. Primerjava med biološkimi in umetnimi nevronskimi mrežami lahko pripelje do vzajemnega napredka v razumevanju obeh sistemov.
https://www.delo.si/mnenja/kolumne/kolumna-kako-nevroni-razumejo-pomen-besed
Viri
- Jamali, Mohsen, et al. “Semantic Encoding during Language Comprehension at Single-Cell Resolution.” Nature, julij 2024.
- Study Discovers a ‘Brain Thesaurus’ That Lets Neurons Derive Meaning from Spoken Words. Massachusetts General Hospital.
- Reardon, Sara. “Ultra-Detailed Brain Map Shows Neurons That Encode Words’ Meaning.” Nature, 3. julij 2024.
